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Video On Demand

VoD

La principal característica que distingue el VoD con otras tecnologías, es la capacidad de interacción con el usuario, a la hora de escoger qué contenido y cuándo quiere acceder a él. En función del tipo de servicio que se ofrece al usuario y sobre todo del nivel de interactividad podemos clasificar los servicios VoD en varias categorías:
–    Pago por visión – (Pay Per View PPV)  Permite al usuario elegir y comprar un programa especifico elegido dentro de los ofrecidos por el operador.
–    Casi video bajo demanda (Q-Vod)  En este caso, los vídeos se envían al usuario sólo en el caso en el que el número de suscriptores que lo han solicitado sean suficientes. Se suelen agrupar a los usuarios en categorías de interés, de forma que podemos optimizar en recursos de sistema. El usuario no tiene un control interactivo sobre un canal, y tan solo puede cambiarse de un grupo a otro.
–    Video bajo demanda aproximado (N-Vod) El proveedor comienza a emitir un contenido en intervalos de tiempo regulares. El usuario que quiera ver un contenido deberá empezar esperar hasta que comience el siguiente pase, por lo tanto es posible que la petición no sea atendida de forma inmediata sino que deba esperar un tiempo para que pueda comenzar a reproducir el contenido.
–    Video bajo demanda (Vod)  Es el servicio más completo en el que el usuario tiene el control total sobre cuando quiere visualizar el contenido sin depender de restricciones por parte del operador.
Éste último servicio se basa en una idea muy sencilla que permite a los clientes, a través de un ordenador, televisor, o cualquier otro dispositivo multimedia, recibir y reproducir contenidos audiovisuales seleccionados de la oferta realizada por el proveedor. Además los clientes podrán realizar funciones de control sobre el contenido tales como reproducción, pausa, rebobinado, avance, parada.
El servicio VoD nos ha de permitir realizar las mismas operaciones que podemos realizar con un reproductor de vídeo convencional. La diferencia es que todos los contenidos se encuentran almacenados en un servidor, o clúster de servidores en remoto que pertenecen a nuestro proveedor de servicio.
La diferencia fundamental con los canales de TV tradicional es que estos últimos se emiten en modo de difusión, lo que significa que llega a todos los clientes de la misma manera y en el mismo instante, mientras que los contenidos bajo demanda son emitidos única y exclusivamente al cliente que realiza la petición. El video bajo demanda se convierte entonces en un sistema completamente personalizado para el usuario, ya que recibe el contenido exclusivo que ha solicitado en el momento que lo ha solicitado y tiene un control total sobre el mismo.
Los servicios interactivos se caracterizan por mantener un dialogo entre los clientes y el servidor, en este caso se utiliza el protocolo RTSP mediante el cual los clientes solicitan el contenido y controlan su reproducción. Ésta característica implica que la red tenga que ser bidireccional, es decir, que exista comunicación entre el cliente y el servidor y viceversa lo que se cumple en redes como ADSL, pero no en otras típicas de TV como satélite, cable, etc.
La idea básica de un servidor de vídeo bajo demanda, consiste en una aplicación que espera, procesa y sirve peticiones a uno, o varios clientes. Estas peticiones contienen una orden donde se indica el contenido que desea recibir y una vez recibida por el servidor, empieza la transmisión del vídeo.
Esta técnica de transmisión de video se conoce como «streaming», y nos permite poder reproducir el vídeo a la vez que se recibe, con lo que la reproducción es inmediata. Esto significa que el contenido no se almacena en ningún dispositivo intermedio, sino que según se va recibiendo el contenido, éste es decodificado y reproducido. No hay ningún mecanismo local que implemente las posibilidades de rebobinado, avance, etc. Lo que ocurre es una modificación del modo en el que se envían las tramas de streaming, los equipos clientes se transforman en elementos pasivos trasladando toda la inteligencia del servicio al operador.
La característica principal que es requerida de las redes donde existe VoD, es que tiene que cumplir unas exigencias muy importantes sobre todo en lo relativo al retardo.  El retardo variable que introduce la red en la llegada del flujo al cliente conocido como jitter, es totalmente intolerable ya que los terminales de cliente no disponen generalmente de buffers o éstos son muy pequeños que junto con las velocidades de transmisión tan alta, en muchos casos son incapaces de absorber dichos retardos.

Requisitos Vod

Todo sistema Vod ideal debería cumplir al menos con los siguientes requisitos:
–    Gran capacidad de almacenamiento. El objetivo de este tipo de servicios es poder dar al cliente una oferta lo suficientemente atractiva tanto en cantidad como en calidad. Si tenemos en cuenta que un vídeo en formato de alta definición (HDTV) de unas 2 horas puede ocupar unos 18 Gigabytes, y que un sistema VoD compuesto por 200 vídeos puede requerir aproximadamente unos 3.6 Terabytes de almacenamiento, es requisito imprescindible tener bibliotecas de contenidos con suficiente capacidad para almacenar toda esa oferta.
–    Grandes anchos de banda. Teniendo en cuenta el requisito anterior,  habrá que buscar una solución de compromiso, ya que dependiendo de la calidad y el número de clientes simultáneos que nuestra plataforma pueda tener, se obtendrá el ancho de banda necesario para ofrecer este servicio. Además no tenemos que olvidarnos del ancho de banda consumido por la propia red local, por ejemplo entre servidores de vod o entre un servidor de vod y un servidor central de almacenamiento en caso de que hubiera.
–    Servicio en tiempo real. No nos cansaremos de repetirlo, una de las grandes ventajas de este servicio es que el cliente interactúa con el contenido siempre en tiempo real, por eso el tiempo de respuesta a las operaciones realizadas por el usuario del sistema (reproducir, avanzar, parar, …) ha de ser mínimo. Sería inaceptable un sistema en el que el cliente tuviera que esperar minutos para realizar una actuación sobre el contenido como por ejemplo parar la reproducción, avanzar o rebobinar.
–    Calidad del servicio (QoS).  Podemos considerar la calidad desde varios puntos de vista. Uno de ellos puede ser la calidad de la red donde se debe contar con las garantías suficientes como para que no genere retardos, jitter, etc. que podría afectar a la continuidad del envío de la información. Para conseguir unas prestaciones en el sistema que garanticen una QoS aceptable se requiere una fuerte coordinación entre todos los componentes del sistema, partiendo de los servidores hasta los dispositivos de visualización pasando por los componentes de red, por lo que no sería necesario con el análisis individual de los componentes sino que requiere de un complejo diseño unificado que tenga en cuenta todos y cada uno de ellos.
El cumplimiento de todos estos factores, hace que haya una completa coordinación entre los 3 elementos principales de todo sistema Vod: servidor, red y cliente.

Arquitectura de sistemas VoD

De forma general, un sistema de VoD requiere al menos de estos tres elementos principales:
–    Servidor: Es el encargado de procesar los comandos recibidos por parte de los usuarios y cumplir su función principal de servir vídeo y proporcionar flujo continuo de información con requisitos de tiempo real.  Independientemente del tipo de arquitectura (bien sea servidor centralizado o cluster de servidores), un servidor se dividirá en los siguientes elementos:
o    Control: Es el elemento responsable de la recepción de las peticiones del cliente y de ordenar las acciones oportunas para atenderlas. Una vez hecha la petición, es aquí donde se determina si el servidor tiene los recursos necesarios para poder servir el contenido sin que ello implique deterioro de las peticiones activas.
o    Almacenamiento: Uno de los objetivos de éste servicio es poder ofrecerle una gran cantidad de contenidos al usuario, de modo que el almacenamiento se traduce en una característica fundamental que deben cumplir los servidores además de que el servidor debe poder servirlos de forma inmediata al usuario.
o    Comunicación: Establecer la comunicación con el cliente es parte fundamental del servidor. Este elemento se encarga de recibir los comandos y enviar el vídeo a los clientes. Esta comunicación se realiza ejecutando una pila de protocolos de comunicación específicamente diseñados para esta tarea y que deben de entenderse también en la parte del cliente. Tiene que ser capaz de transmitir flujos de vídeo únicos para el usuario. Estos flujos están formados por dos tipos de comunicación, uno, la transmisión del vídeo propiamente dicho y otro aquellos comandos que forman un dialogo entre el cliente y el servidor a través del cual el cliente envía las órdenes (pausa, rebobinar, avanzar..) El primer flujo es de carácter unidireccional (del servidor al cliente) y con necesidad de gran ancho de banda que a través del protocolo RTP se encarga de localizar el contenido y reservar los recursos necesarios y el segundo es bidireccional (los mensajes fluyen en ambos sentidos) y sin necesidades de gran ancho de banda que a través del protocolo RTSP controla la comunicación entre el cliente y el servidor abriendo/cerrando la sesión, etc.
–    Red:  Uno de los factores más importantes que ha influido en el crecimiento de este tipo de aplicaciones es el crecimiento de la red de interconexión.  La red se encarga se interconectar al suscriptor con los distintos elementos que forman nuestro sistema VoD.  Como se ha dicho ya en varias ocasiones, un sistema de VoD requiere la reproducción en tiempo real del contenido seleccionado por el cliente. Una red que soporte VoD tiene que ser una red de alta velocidad y baja tasa de error, ya que las retransmisiones del contenido son inaceptables, además la variación del retardo (jitter) debe mantenerse en niveles mínimos. La red debe garantizar una latencia mínima, y cumplir los requisitos de velocidad y ancho de banda necesarios. Las principales tecnologías que se utilizan en la conexión de los usuarios/clientes a los sistemas de Vod y que cumplen con los requisitos para dar un servicio con calidad suficiente son las siguientes:
o    ADSL – Se basa en la utilización de redes de cable de cobre y permite la recepción de datos a altas velocidades (ADSL2+ hasta 20 Mb) utilizando una infraestructura ya existente.
o    Cable – Se basa en la utilización de la tecnología HFC (Hibrid fiber Coaxial) que combina el uso de fibra óptica junto a cables coaxiales. El ancho de banda que nos permite esta tecnología también hace que sea posible la transmisión de servicios VoD con calidad.
–    Cliente: Es básicamente un dispositivo de audio y vídeo encargado de presentar los contenidos, así mismo también debe ser capaz de generar los comandos del control de reproducción. En definitiva es el interfaz entre el equipo de TV y los servicios de VoD.  Tenemos que pensar en los sistemas de VoD de forma amplia, por lo que no sólo tendríamos un STB como cliente de forma tradicional, sino que tenemos que pensar en el cliente como una página web a través de la cual recibir esos contenidos y controlarlos, el  móvil, una PDA o cualquier otro dispositivo multimedia, por eso, cualquier cliente estaría formado por los siguientes subsistemas, capaz de soportar la interactividad con el usuario:
o    Núcleo: Es el encargado de ejecutar los mismos protocolos que los ejecutados por el servidor, de forma que sea capaz de comunicarse con éste. Esta comunicación implica tener la capacidad para enviar al servidor los comandos de usuario y a su vez recibir los flujos de vídeo.
o    Control: Se encarga de la traducción de todas las ordenes que realiza el usuario tales como reproducir, avanzar, etc, a co-mandos entendibles por el servidor.
o    Decodificador: Es el encargado de decodificar el flujo de vídeo recibido de forma que pueda ser mostrado al usuario en el formato adecuado de audio/vídeo.
o    Buffer (memoria): Aunque como se ha comentado anteriormente, la característica principal de este servicio es la reproducción inmediata del contenido recibido, sin que haya ningún elemento intermedio de almacenaje, sí es necesario guardar unos segundos del vídeo y el audio antes de reproducirlos, ya que nunca se recibirán los datos a la misma velocidad (problema del jitter, antes mencionado), para poder garantizar la reproducción continua del contenido. Esta variación como hecho inevitable provocaría la aparición de cortes mientras se reproduce el contenido.
o    Sincronización:  Lo normal es que los contenidos multimedia estén compuestos por streams de vídeo y audio, tanto el audio como el vídeo se codifican por separado en bloques independientes, por lo tanto es necesario un sistema que garantice la sincronización de ambos flujos. Si además también existen subtítulos, debería ser capaz de sincronizarlos con el audio y el vídeo.
Centrándonos en el servicio de VoD para sistemas de IPTV, como servicio interactivo, debe existir además un sistema responsable de proveer el contenido y de que todos los servidores de vídeo que forman parte del mismo tengan ese contenido. Como característica, éstos servidores además de contar con gran capacidad de almacenamiento, deber estar provistos de dispositivos de transferencia multimedia capaces de conseguir reproducciones eficientes. Los servidores se conectan normalmente a los conmutadores que forman parte de la red y que a su vez son capaces de dirigir el contenido solicitado, adaptando el flujo a las tasas de transferencia de cada una de las redes. Para este transporte y entrega del servicio, se emplean diferentes arquitecturas:
·    Centralizada: En la que un servidor o varios se instalan en el «Headend» o nodo central, desde donde se reciben las solicitudes de los diferentes clientes, se procesan y posteriormente los contenidos son distribuidos a través de la red  a los diferentes concentradores  primarios y secundarios donde más tarde se hará llegar al  terminal de usuario. Como en todos los sistemas, un esquema centralizado nos permite una administración más sencilla, pero normalmente nos puede presentar problemas de escalabilidad, retrasos en la red etc, que podrían solucionarse en parte, con la instalación de servidores locales.
·    Distribuida: Esta arquitectura también se basa en un sistema de «Headend» pero éste sólo provee el control de los servidores que se encuentran situados cerca de los concentradores primarios o secundario. Son estos servidores los que se encargan, sólo en una zona de actuación concreta, de almacenar, y enviar los contenidos solicitados a los diferentes terminales de  cliente que los soliciten. En este esquema distribuido, lo normal es contar con servidores de forma local y todas las peticiones son gestionadas de forma local, con la salvedad que si algún contenido no se encuentra en estos servidores, siempre se puede hacer la solicitud de dicho contenido a nodos cercanos o incluso al nodo central. El uso de servidores de VoD regionales reduce el retardo y la congestión de la red, que sí podemos ver en las arquitecturas centralizadas, aunque suponen algo más de complejidad a la hora de gestionar y administrar.

Protocolos utilizados en sistemas de VoD

El objetivo de los protocolos es la de establecer un formato común para la realización de la comunicación entre diferentes sistemas a través de la creación de un conjunto de reglas y estándares que definen esa comunicación.
Los protocolos más importantes involucrados en la transmisión de vídeo bajo demanda y que cumplen con los requisitos antes expuestos para satisfacer la transferencia de contenidos al cliente con calidad, son los siguientes:
–    UDP – User Datagram Protocol – Protocolo no orientado a conexión, ubicado en la capa IP. Es un protocolo no confiable. Es decir, no tiene  ningún control que asegure que nuestro mensaje va a llegar a su destino, tampoco asegura la entrega ordenada de los mensajes. Es el protocolo preferido y recomendado para ser utilizado en el vídeo bajo demanda, gracias a que es mucho más rápido que TCP, su sencillez y escaso peso en las cabeceras de control hace que sea indicado en los tipos de tráfico en lo que lo más importante es que los paquetes lleguen a tiempo, es decir, sin jitter.
–    TCP – Transmisión Control Protocol – Protocolo orientado a conexión, localizado sobre la capa IP, es un protocolo confiable, es decir nuestros datos siempre llegarán de forma ordenada, ya que implementa mecanismos de retransmisión en caso de que el receptor no confirme la recepción de los datos. También implementa mecanismos de control de congestión y control de flujo. Esto implica que TCP es más lento que UDP. Normalmente TCP se utiliza para mensajes de control, y no se recomienda para la transmisión de vídeo aunque a pesar de ello se utiliza en algunas aplicaciones de vídeo. TCP no permite envío de mensajes multicast o broadcast.
–    RTSP – Real Time Streaming Protocol – Se utiliza conjuntamente con el protocolo RTP para controlar la recepción del flujo en tiempo real por parte de un cliente.  En una sesión típica de streaming RTSP se encargaría sólo del control, en cambio el transporte se realizaría mediante otro protocolo (RTP o MPEG Transport Stream) bien sobre UDP o TCP. Mediante una sesión RTSP el cliente puede controlar uno o varios flujos multimedia que estén asociados, Gracias a este protocolo el control que un usuario puede realizar sobre un flujo de audio/vídeo simula el de un aparato de vídeo doméstico como iniciar la reproducción, parar, avanzar, retroceder, etc. Aplicaciones  muy conocidas como Windows Media Player o Real Player utilizan RTSP para diálogos entre los clientes y los servidores.
–    RTP – Real Time Protocol – Permite enviar datos en tiempo real. Típicamente se utiliza para el envío de flujos de vídeo y audio. El objetivo fundamental del RTP es el de establecer servicios de transporte extremo a extremo  en tiempo real. Se puede utilizar sobre cualquier protocolo de transporte o red (en este caso sobre UDP) y que se ocupa de aislar el tráfico que transporta de todos los niveles inferiores. El tráfico encapsulado en RTP es paquetizado y secuenciado y se le añaden marcas temporales, aunque esto no garantiza la entrega ordenada ni la seguridad en las transmisiones.  Por esto,  a través de un protocolo adicional, el RTCP (Real Time Control Protocol) se implementa la monitorización de las sesiones, la calidad del servicio, etc.
–    MPEG2- Transport Stream –  El encapsulado por defecto del vídeo MPEG-2  ó en algunos casos H264 es el formato MPEG-2 Transport Stream. Permite agrupar diferentes programas en un único flujo, aunque lo normal es que se aproveche para multiplexar varios canales de audio de un mismo programa, de forma que se pueda ofrecer varios audios para un mismo contenido. No supone una capa de transporte en sí misma, ya que no implementa funciones de control y puede transmitirse sobre RTP o directamente sobre TCP o UDP.

TXT. Elena Alonso
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